JPH11178114A - Electrical system of electric vehicle - Google Patents

Electrical system of electric vehicle

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JPH11178114A
JPH11178114A JP9345014A JP34501497A JPH11178114A JP H11178114 A JPH11178114 A JP H11178114A JP 9345014 A JP9345014 A JP 9345014A JP 34501497 A JP34501497 A JP 34501497A JP H11178114 A JPH11178114 A JP H11178114A
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electric
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motor
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Shigenori Kinoshita
繁則 木下
Koetsu Fujita
光悦 藤田
Junichi Ito
淳一 伊東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate a chopper to reduce size, weight and cost of a system apparatus and make an inverter input voltage variable to improve a system efficiency. SOLUTION: One side ends of the windings of an AC motor 103 are connected to the AC output side of a voltage-type inverter 101 which receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage with a variable frequency and the other side ends of the windings of the AC motor are connected to each other together to form a neutral. A variable voltage type energy storage device 105 is connected between the neutral and one of the DC input terminals of the inverter 101 and an automotive DC power supply 106 is connected between both the ends of the energy storage device 105. Further, the inverter 101 is made to practise a chopper operation by switching operation of a zero-voltage mode of the inverter 101 and a power is delivered between the variable voltage type energy storage device 105 and the DC input side of the inverter 101 through the inverter 101.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧形インバータ
により車両駆動用電動機を駆動する電気自動車の電気シ
ステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric system for an electric vehicle in which a motor for driving a vehicle is driven by a voltage source inverter.

【0002】[0002]

【従来技術】図16は、電池を電源とする公知の電気自
動車の電気システムを示している。1は直流電源として
の主電池であり、高エネルギー形電池として主に化学電
池が用いられる。2は車両駆動用交流電動機、3は電動
機駆動用の可変電圧、可変周波数の電圧形インバータ、
4は減速機、5はデフギア、6は車輪をそれぞれ示す。
また、7は補機電動機であり、エアコン、パワステアリ
ング、各種ポンプ等の補機をを駆動する電動機である
が、代表して1台だけ示してある。8は補機電動機7を
駆動するインバータである。
2. Description of the Related Art FIG. 16 shows an electric system of a known electric vehicle using a battery as a power source. Reference numeral 1 denotes a main battery as a DC power supply, and a chemical battery is mainly used as a high-energy type battery. 2 is an AC motor for driving the vehicle, 3 is a variable voltage, variable frequency voltage source inverter for driving the motor,
4 is a speed reducer, 5 is a differential gear, and 6 is a wheel.
Reference numeral 7 denotes an auxiliary motor, which is a motor for driving auxiliary equipment such as an air conditioner, power steering, various pumps, etc., but only one is shown as a representative. Reference numeral 8 denotes an inverter that drives the auxiliary motor 7.

【0003】一方、9は高出力形電池としてのコンデン
サであり、主に物理コンデンサである電気二重層コンデ
ンサが用いられる。10はコンデンサ9と主電池1との
間に挿入されるチョッパである。一般に、高出力形電池
は車両の加速時に電力を放出し、減速時に車両の制動エ
ネルギーを吸収する。このため、加速時には、コンデン
サ9の電圧は電力の放出によって低下し、逆に制動時は
電力を吸収して上昇する。チョッパ10は、電圧が大き
く変化するコンデンサ9と、電圧がほぼ一定である主電
池1との間で電力を授受するために挿入されている。
On the other hand, reference numeral 9 denotes a capacitor as a high-output type battery, and an electric double layer capacitor, which is a physical capacitor, is mainly used. Reference numeral 10 denotes a chopper inserted between the capacitor 9 and the main battery 1. In general, a high-power battery emits power when the vehicle is accelerating, and absorbs the braking energy of the vehicle when decelerating. Therefore, during acceleration, the voltage of the capacitor 9 decreases due to the release of power, and conversely, during braking, it absorbs power and increases. The chopper 10 is inserted in order to transfer electric power between the capacitor 9 whose voltage largely changes and the main battery 1 whose voltage is almost constant.

【0004】図17はシリーズ形ハイブリッド電気自動
車の電気システムを示したもので、図16と同じ構成要
素は同じ番号で示してある。図17において、11はエ
ンジン、12は発電機、13はコンバータである。14
は電池であり、発電機12の発生電力と電動機2の消費
電力との差を吸収するために挿入される。このシリーズ
形では、エンジン11、発電機12、コンバータ13に
よって車両走行用電力を発生し、この電力でインバータ
3を介し電動機2を駆動している。シリーズ形のシステ
ムは種々あるが、図示の例では、余剰電力吸収用の電池
として化学電池14を使用した場合を示してある。この
電池14は高出力形でないので、図16の場合と同じ
く、高出力形電池であるコンデンサ9がチョッパ10を
介して並列に接続されている。
FIG. 17 shows an electric system of a series hybrid electric vehicle, and the same components as those of FIG. 16 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 17, 11 is an engine, 12 is a generator, and 13 is a converter. 14
Is a battery, which is inserted to absorb the difference between the power generated by the generator 12 and the power consumption of the motor 2. In this series, electric power for vehicle running is generated by an engine 11, a generator 12, and a converter 13, and the electric power drives an electric motor 2 via an inverter 3. Although there are various series-type systems, the illustrated example shows a case where the chemical battery 14 is used as a battery for absorbing surplus power. Since the battery 14 is not of a high output type, a capacitor 9 which is a high output type battery is connected in parallel via a chopper 10 as in the case of FIG.

【0005】一般に、発電機の出力は、加減速時に必要
とする最大電力ではなく、定速走行時に必要とする電力
により決定されており、この電力は最大電力より小さ
い。このため、高出力を必要とする車両の加減速時に
は、コンデンサ9とチョッパ10を介して電力の授受を
行う。化学電池14は、発電機12の発生電力と電動機
2及び図示されていない補機の消費電力の差の電力を吸
収する。エンジン11を止めて、化学電池14のみで走
行する場合、化学電池14はある程度のエネルギーを持
った電池にする必要がある。
In general, the output of the generator is determined not by the maximum power required at the time of acceleration and deceleration but by the power required at the time of constant speed running, and this power is smaller than the maximum power. For this reason, at the time of acceleration / deceleration of a vehicle requiring high output, electric power is exchanged via the capacitor 9 and the chopper 10. The chemical battery 14 absorbs the difference between the power generated by the generator 12 and the power consumed by the electric motor 2 and auxiliary equipment (not shown). When the engine 11 is stopped and the vehicle runs only with the chemical battery 14, the chemical battery 14 needs to be a battery having a certain amount of energy.

【0006】図18はパラレル形ハイブリッド電気自動
車の電気システムを示したもので、図16、図17と同
じ構成要素は同じ番号で示してある。15はパラレル用
エンジン、16は発電動機、17は変速機、18は化学
電池、19はコンバータ(インバータ)、20は高出力
形電池としての電気二重層コンデンサ、21はチョッパ
をそれぞれ示す。パラレル形では、エンジン15の動力
のみで変速機17を介して走行する場合と、化学電池1
8の電力でコンバータ(インバータ)19、発電動機1
6を介して走行する場合と、エンジン15と電池18と
の両方の動力で走行する場合とがあり、用途に応じて各
システムを使い分けている。パラレル形でも、車両制動
時の回生電力吸収用として、高出力形電池が必要であ
り、電池18に対しチョッパ21を介して電気二重層コ
ンデンサ20を並列に接続している。
FIG. 18 shows an electric system of a parallel hybrid electric vehicle, and the same components as those in FIGS. 16 and 17 are denoted by the same reference numerals. Reference numeral 15 denotes a parallel engine, 16 denotes a generator, 17 denotes a transmission, 18 denotes a chemical battery, 19 denotes a converter (inverter), 20 denotes an electric double layer capacitor as a high-output type battery, and 21 denotes a chopper. In the parallel type, the vehicle travels via the transmission 17 using only the power of the engine 15 and the case where the chemical battery 1
8 power, converter (inverter) 19, generator 1
There is a case where the vehicle travels via the vehicle 6 and a case where the vehicle travels using the power of both the engine 15 and the battery 18, and each system is used properly according to the application. Even in the parallel type, a high-output type battery is required for absorbing regenerative power during vehicle braking, and an electric double layer capacitor 20 is connected in parallel to the battery 18 via a chopper 21.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述の公知例で示した
ように、電気自動車の電源には、高エネルギー形と高出
力形の両性能を有する電池が必要である。高エネルギー
形電池は一充電当たりの走行距離性能を決め、高出力形
電池は加速性能や回生制動性能を決める。車両の制動毎
に制動エネルギーを電池に十分に回生できれば、電気自
動車の省エネルギー効果は非常に大きい。電気自動車
も、現在のエンジン自動車と運転操作は同じで、制動作
動回数は数万回以上に達する。電気自動車の省エネルギ
ー化を一層進めるためには、この数万回以上に及ぶ回数
の加減速動作に耐えることが必須となる。すなわち、電
池としては数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作に耐え
ることが望まれる。しかし、現在の電池は化学電池が主
体であるため、数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作は
困難で高々数千回程度が限度である。このため、現在の
電気自動車では、適当な期間毎に化学電池を交換する
か、あるいは電気二重層コンデンサ等の高出力形電池を
併用することが必須となっている。
As shown in the above-mentioned known examples, a power source for an electric vehicle requires a battery having both high-energy type and high-output type performance. High-energy batteries determine the mileage performance per charge, and high-power batteries determine acceleration performance and regenerative braking performance. If the braking energy can be sufficiently regenerated to the battery every time the vehicle is braked, the energy saving effect of the electric vehicle is very large. The driving operation of an electric vehicle is the same as that of a current engine vehicle, and the number of braking operations reaches tens of thousands of times. In order to further reduce the energy consumption of electric vehicles, it is essential to endure the tens of thousands of times of acceleration / deceleration operations. That is, it is desired that the battery withstands a large output charge / discharge operation of tens of thousands or more times. However, since current batteries are mainly chemical batteries, it is difficult to perform a high-output charge / discharge operation of tens of thousands or more times, and the number is limited to about several thousand times at most. For this reason, in the current electric vehicle, it is essential to replace the chemical battery every appropriate period or to use a high-output battery such as an electric double layer capacitor together.

【0008】図19は、電気自動車の運転モード(加速
運転、定速走行運転、減速運転モード)に応じて、
(a)車両速度V、(b)インバータ入力Pi、(c)
電気二重層コンデンサ電圧Vcとインバータ入力電圧
i、(d)直流電源(化学電池)の出力Psをそれぞれ
示している。また、図20は図16〜図18で使用され
ているチョッパの一例について示したもので、図16の
チョッパ10を例示してある。10b,10cはスイッ
チ部であり、トランジスタ10b1,10c1とダイオ
ード10b2,10c2がそれぞれ逆並列接続されてい
る。10aは電流平滑リアクトル、10dは電圧平滑コ
ンデンサである。
FIG. 19 shows the operation modes (acceleration operation, constant speed operation, deceleration operation mode) of the electric vehicle.
(A) vehicle speed V, (b) inverter input P i , (c)
Electric double layer capacitor voltage V c and the inverter input voltage V i, respectively show the output P s of (d) a DC power source (chemical battery). FIG. 20 shows an example of the chopper used in FIGS. 16 to 18, and illustrates the chopper 10 in FIG. Reference numerals 10b and 10c denote switch sections, in which the transistors 10b1 and 10c1 and the diodes 10b2 and 10c2 are connected in anti-parallel, respectively. 10a is a current smoothing reactor, and 10d is a voltage smoothing capacitor.

【0009】電気自動車と言えども、従来のエンジン車
とほぼ同様の使用目的を有することから、一充電走行距
離が長いこと、加減速性能が良いこと、燃費が良いこ
と、機器が小形・軽量であること、更には価格が安いこ
とが求められる。この点、電気二重層コンデンサ等の高
出力形電池の併用やハイブリッド化によって走行性能、
燃費は大幅に改善されている。しかし、ここで大きな問
題となるのは、高出力形電池部、特に図20に示したよ
うなチョッパ部である。このチョッパ部は高出力形で電
動機駆動用インバータとほぼ同じ容量のものが必要とな
るので、その小形軽量化、価格低減が大きな課題となっ
ている。
Although an electric vehicle has almost the same purpose of use as a conventional engine vehicle, it has a long running distance per charge, good acceleration / deceleration performance, good fuel efficiency, and small and lightweight equipment. Something is required, and the price must be low. In this regard, the driving performance,
Fuel economy has been greatly improved. However, a major problem here is the high-power type battery unit, particularly the chopper unit as shown in FIG. Since the chopper section needs to be of a high-output type and have substantially the same capacity as the inverter for driving a motor, reduction in size and weight and reduction in price have become major issues.

【0010】そこで本発明は、高出力形電池部のうち特
にチョッパ部の構成を改良し、システム機器の小形軽量
化、低価格化、システム効率の向上を可能にした電気自
動車の電気システムを提供しようとするものである。
Accordingly, the present invention provides an electric system for an electric vehicle in which the configuration of a chopper section among high-power type battery sections is particularly improved so that system equipment can be reduced in size and weight, cost can be reduced, and system efficiency can be improved. What you want to do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】多相インバータの動作モ
ードに、零電圧ベクトル出力がある。この出力モード
は、図21に示すインバータ3のP側スイッチアーム3
1a,31b,31cまたはN側スイッチアーム32
a,32b,32cを同時にオンするモードである。す
なわち、多相電動機の全端子電圧(線間)が同時に零と
なるモードである。このインバータの零電圧ベクトルモ
ードのスイッチング動作を利用し、更に多相交流電動機
の中性点とインバータの直流入力側の一端との間に直流
電源を接続し、インバータの零電圧ベクトルモードのス
イッチング動作期間に直流電源とインバータの直流入力
側との間で零相電力を授受する方法が、既に提案されて
いる。
The operation mode of the polyphase inverter includes a zero voltage vector output. This output mode corresponds to the P-side switch arm 3 of the inverter 3 shown in FIG.
1a, 31b, 31c or N-side switch arm 32
a, 32b, and 32c are simultaneously turned on. That is, this is a mode in which all terminal voltages (line-to-line) of the polyphase motor become zero at the same time. Utilizing the zero voltage vector mode switching operation of the inverter, a DC power supply is further connected between the neutral point of the polyphase AC motor and one end of the inverter on the DC input side, and the zero voltage vector mode switching operation of the inverter is performed. A method of exchanging zero-phase power between a DC power supply and a DC input side of an inverter during a period has already been proposed.

【0012】図22はこの基本システムを示す図であ
り、1aは第1の直流電源、2aは三相電動機、3aは
電圧形インバータ、31aはインバータの入力コンデン
サである。電動機2aの各相の巻線2a1の一端をイン
バータ3aに接続し、他端は全巻線を一括接続して中性
点2a2を作る。この中性点2a2とインバータ3aの
直流入力側の一端(図ではN極側)との間に、第2の直
流電源1bを接続する。このような構成において、イン
バータ3aにより零電圧ベクトルを出力させると、直流
電源1bの電圧は電動機2aの各入力端子から見ると零
相電圧となる。この回路の正相分等価回路は、従来と同
じ三相インバータによる電動機2aの駆動回路である
が、零相分等価回路を考えると、インバータ3aの3ア
ームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作
する1つのアームとみなされ、2象限チョッパとして作
用するので、インバータ3aにより零相電圧を制御する
ことで、2象限チョッパの動作を実現することができ
る。つまり、図22の回路によれば、インバータ3aに
よる零電圧ベクトルモードの動作により、直流電源1b
とコンデンサ31aとの間で直流電力を授受することに
なる。なお、チョッパ用リアクトルは巻線2a1のリア
クトルを利用する。このシステムによれば、インバータ
3aの直流入力電圧を可変にできることから、インバー
タ駆動システムの性能改善、システムの小形軽量化、低
価格化が可能になる。
FIG. 22 is a diagram showing this basic system, wherein 1a is a first DC power supply, 2a is a three-phase motor, 3a is a voltage source inverter, and 31a is an input capacitor of the inverter. One end of the winding 2a1 of each phase of the motor 2a is connected to the inverter 3a, and the other end is connected to all the windings collectively to form a neutral point 2a2. The second DC power supply 1b is connected between the neutral point 2a2 and one end (N pole side in the figure) of the inverter 3a on the DC input side. In such a configuration, when the zero voltage vector is output by the inverter 3a, the voltage of the DC power supply 1b becomes a zero-phase voltage when viewed from each input terminal of the electric motor 2a. The positive-phase equivalent circuit of this circuit is a drive circuit for the motor 2a using the same three-phase inverter as the conventional one. However, considering the zero-phase equivalent circuit, the three arms of the inverter 3a perform switching operation as if they were at the ratio of the zero voltage vector. Therefore, the operation of the two-quadrant chopper can be realized by controlling the zero-phase voltage by the inverter 3a. That is, according to the circuit of FIG. 22, the operation of the DC power supply 1b
DC power is transferred between the capacitor and the capacitor 31a. The reactor for the chopper uses the reactor of the winding 2a1. According to this system, since the DC input voltage of the inverter 3a can be made variable, it is possible to improve the performance of the inverter drive system, reduce the size and weight of the system, and reduce the price.

【0013】本発明は、上記原理に基づくものであり、
電動機の巻線の一端を一括接続して電動機巻線の中性点
を構成し、この中性点とインバータの直流入力端子間に
電気二重層コンデンサや電気化学コンデンサ等の電圧可
変形エネルギー貯蔵素子を接続する。また、車載直流電
源を電圧可変形エネルギー貯蔵素子の両端またはインバ
ータの入力コンデンサの両端に接続する。そして、イン
バータを零電圧ベクトルモードで動作させ、かつ、電動
機巻線をリアクトルとして使用することで、インバータ
の半導体スイッチをチョッパスイッチとして使用し、入
力コンデンサとインバータとの間で等価的なチョッパを
構成するものである。これにより、従来の高出力形電池
部において必要とされたチョッパ部を不要にし、システ
ムの小形軽量化、低価格化を図っている。なお、電気自
動車の動力は、化学電池やエンジン発電機、燃料電池等
の車載直流電源からインバータを介して電動機を駆動す
ることにより発生させ、補機電動機の電力は電圧可変形
エネルギー貯蔵素子やインバータの入力コンデンサから
供給する。
The present invention is based on the above principle,
One end of the motor winding is connected together to form the neutral point of the motor winding, and a voltage variable energy storage element such as an electric double layer capacitor or an electrochemical capacitor is connected between the neutral point and the DC input terminal of the inverter. Connect. In addition, the vehicle-mounted DC power supply is connected to both ends of the variable voltage energy storage element or both ends of the input capacitor of the inverter. By operating the inverter in the zero-voltage vector mode and using the motor winding as a reactor, the semiconductor switch of the inverter is used as a chopper switch, and an equivalent chopper is configured between the input capacitor and the inverter. Is what you do. This eliminates the need for the chopper section required in the conventional high-power battery section, and achieves a small, lightweight, and low-cost system. The motive power of an electric vehicle is generated by driving an electric motor from an in-vehicle DC power supply such as a chemical battery, an engine generator, or a fuel cell via an inverter, and the electric power of the auxiliary electric motor is generated by a variable voltage energy storage element or an inverter. Supplied from the input capacitor.

【0014】[0014]

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図に沿っ
て説明する。図1は、請求項1に記載した発明の実施形
態を説明する図である。図において、101は三相電圧
形インバータであり、図16のインバータ3に対応して
いる。102はインバータの入力コンデンサ、103は
三相の車両駆動用交流電動機である。104は電動機1
03の巻線であり、各相巻線の一端はインバータ101
に接続され、他端は一括接続して中性点103aを構成
する。105は電圧可変形エネルギー貯蔵素子であり、
その一端は電動機巻線の中性点103aに接続され、他
端はインバータ入力端子のN極側に接続されている。1
06は車載直流電源であり、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子105の両端に接続されている。図1の例では、電
圧可変形エネルギー貯蔵素子105の一端をインバータ
入力端子のN極側に接続してあるが、P極側に接続する
ことも可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the invention described in claim 1. In the figure, reference numeral 101 denotes a three-phase voltage source inverter, which corresponds to the inverter 3 in FIG. Reference numeral 102 denotes an input capacitor of the inverter, and reference numeral 103 denotes an AC motor for driving a three-phase vehicle. 104 is the electric motor 1
03, and one end of each phase winding is connected to the inverter 101.
And the other end is collectively connected to form the neutral point 103a. 105 is a voltage variable energy storage element,
One end is connected to the neutral point 103a of the motor winding, and the other end is connected to the N pole side of the inverter input terminal. 1
Reference numeral 06 denotes a vehicle-mounted DC power supply, which is connected to both ends of the variable voltage energy storage element 105. In the example of FIG. 1, one end of the variable voltage energy storage element 105 is connected to the N-pole side of the inverter input terminal, but may be connected to the P-pole side.

【0015】車載直流電源106には、請求項16〜1
8に記載するように、化学電池、燃料電池、エンジン発
電機(エンジンと発電機と整流器とにより構成された直
流電源)等が用いられる。特に、車載直流電源106と
しては可変電圧源であることが望ましい。また、電圧可
変形エネルギー貯蔵素子には、請求項10に記載するよ
うに電気二重コンデンサや電気化学コンデンサを使用す
る。
The on-vehicle DC power supply 106 has
As described in No. 8, a chemical battery, a fuel cell, an engine generator (a DC power source constituted by an engine, a generator, and a rectifier) and the like are used. In particular, it is desirable that the on-board DC power supply 106 be a variable voltage source. Further, an electric double capacitor or an electrochemical capacitor is used for the variable voltage energy storage element.

【0016】次に、この実施形態の動作を図2を用いて
説明する。図2は1相(a相)分につき等価的に示した
もので、他相についても同じである。図2において、図
1と同じ構成要素は同じ番号で示してある。なお、イン
バータ101はトランジスタインバータで示してある。
図2において、104a1は電動機103のa相巻線、
104a2は巻線104aの逆起電力を等価的に示した
もので、その大きさをVmで示してある。101aはイ
ンバータ101のa相のスイッチアームである。101
a1,101a2はトランジスタ,101a3,101
a4はダイオードであり、これらのダイオード101a
3,101a4はトランジスタ101a1,101a2
にそれぞれ逆並列接続されている。電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子105の電圧はVcで示してあり、その極性
は図示のとおりである。インバータ101の入力電圧は
iで示してあり、その極性は図示のとおりである。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 equivalently shows one phase (a phase), and the same applies to other phases. 2, the same components as those in FIG. 1 are indicated by the same numbers. Note that the inverter 101 is shown as a transistor inverter.
In FIG. 2, reference numeral 104a1 denotes an a-phase winding of the electric motor 103;
104a2 is shows the counter electromotive force of the winding 104a equivalently, is shown the size in V m. Reference numeral 101a denotes an a-phase switch arm of the inverter 101. 101
a1, 101a2 are transistors, 101a3, 101
a4 is a diode, and these diodes 101a
3, 101a4 are transistors 101a1, 101a2
Are connected in anti-parallel. Voltage of the voltage-variable energy storage element 105 is shown in V c, the polarity is as shown. The input voltage of the inverter 101 is shown in V i, its polarity is as shown.

【0017】電動機103を駆動している時の動作を、
図2により説明する。Vc<Vm,Vi>Vcの状態でトラ
ンジスタ101a2をオンすると、図の破線方向にリア
クトル電流(巻線104a1の電流)Ilが流れ、この
電流は次第に増加して行く。トランジスタ101a2を
オフすると、リアクトル電流Ilは一点鎖線で示すよう
にダイオード101a3を通ってコンデンサ102を充
電し、次第に減少する。すなわち、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子105に蓄積されていたエネルギーは、イン
バータ入力回路のコンデンサ102に転送される。この
入力コンデンサ102に転送されたエネルギーは、イン
バータ101の通常のインバータ動作によって電動機1
03を駆動する。図2では、トランジスタ101a1,
101a2、リアクトル(巻線104a1)は昇圧チョ
ッパとして動作する。
The operation when driving the electric motor 103 is as follows.
This will be described with reference to FIG. V c <V m, V i > when turning on the transistor 101a2 in a state of V c, the dashed line direction reactor current (current in the winding 104a1) I l in FIG flows, this current gradually increases. When turning off the transistor 101a2, it charges the capacitor 102 reactor current I l through the diode 101a3 as shown by a chain line, gradually decreases. That is, the energy stored in the voltage variable energy storage element 105 is transferred to the capacitor 102 of the inverter input circuit. The energy transferred to the input capacitor 102 is transmitted to the motor 1 by the normal inverter operation of the inverter 101.
03 is driven. In FIG. 2, the transistors 101a1,
101a2, the reactor (winding 104a1) operates as a step-up chopper.

【0018】ここで、電動機駆動時(電気自動車では加
速時に相当)に、車載直流電源106からの供給電力が
インバータ101の所要電力より小さいと、上述した動
作により電圧可変形エネルギー貯蔵素子105から電力
が放出されてインバータ101に注入される。すなわ
ち、インバータ入力電圧が規定値になるようチョッパ制
御を行って、電圧可変形エネルギー貯蔵素子105から
インバータ101の直流入力側に電力を移す。このよう
な制御により、加速時に必要な大きな電力を電圧可変形
エネルギー貯蔵素子105からインバータ101に供給
することができるので、車載直流電源106からは加速
電力よりも小さい車両走行時の平均的な電力を供給すれ
ば良い。
When the electric power supplied from the on-vehicle DC power supply 106 is smaller than the required electric power of the inverter 101 when the electric motor is driven (corresponding to acceleration in an electric vehicle), the electric power is supplied from the voltage variable energy storage element 105 by the above-described operation. Is discharged and injected into the inverter 101. That is, chopper control is performed so that the inverter input voltage becomes a specified value, and power is transferred from the voltage variable energy storage element 105 to the DC input side of the inverter 101. By such control, a large amount of electric power required at the time of acceleration can be supplied from the voltage variable energy storage element 105 to the inverter 101. Should be supplied.

【0019】次に、電動機103が減速している時の動
作を図3により説明する。図3は図2に対応したもので
あり、図2と同じ構成要素は同じ番号で示してある。V
i>(Vc+Vm)の状態でトランジスタ101a1をオ
ンすると、同図の破線のようにリアクトル電流Ilが流
れ、かつ増加する。トランジスタ101a1をオフする
と、リアクトル電流Ilは同図の一点鎖線で示すように
ダイオード101a4を通って流れる。Vc<Vmである
から、リアクトル電流Ilは次第に減少して行く。図3
では、トランジスタ101a1,101a2、リアクト
ル(巻線104a1)は降圧チョッパとして動作する。
すなわち、入力コンデンサ102の電力が電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子105に転送され、電圧可変形エネル
ギー貯蔵素子105を充電する。電気自動車の制動時に
は、制動電力は入力コンデンサ102に蓄えられるが、
この回生電力は上述した降圧チョッパ動作によって電圧
可変形エネルギー貯蔵素子105に転送される。加速時
と同じように、回生電力の大部分を電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子105に充電するように制御すると、車載直
流電源106への回生電力は小さくすることができる。
すなわち、電気自動車の回生電力の殆どを電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子105に充電することによって、車載
直流電源106への回生電力はほぼ零かあるいは非常に
小さくすることができる。この動作は、請求項15に記
載した発明の実施形態に相当する。
Next, the operation when the motor 103 is decelerating will be described with reference to FIG. FIG. 3 corresponds to FIG. 2, and the same components as those in FIG. 2 are indicated by the same numbers. V
i> When turning on the transistor 101a1 in the form of (V c + V m), the reactor current I l as indicated by the broken line in FIG flow and increases. When turning off the transistor 101a1, the reactor current I l flows through the diode 101a4 as shown by a chain line in FIG. Since V c <V m , the reactor current I l gradually decreases. FIG.
Then, the transistors 101a1 and 101a2 and the reactor (winding 104a1) operate as a step-down chopper.
That is, the power of the input capacitor 102 is transferred to the voltage variable energy storage element 105, and charges the voltage variable energy storage element 105. At the time of braking of the electric vehicle, the braking power is stored in the input capacitor 102,
This regenerative power is transferred to the voltage variable energy storage element 105 by the above-described step-down chopper operation. As in the case of acceleration, when control is performed so that most of the regenerative power is charged in the voltage variable energy storage element 105, the regenerative power to the on-vehicle DC power supply 106 can be reduced.
That is, by charging most of the regenerative power of the electric vehicle to the variable voltage energy storage element 105, the regenerative power to the on-vehicle DC power supply 106 can be made almost zero or very small. This operation corresponds to the embodiment of the invention described in claim 15.

【0020】上述したインバータ101の昇圧チョッパ
動作、降圧チョッパ動作は、請求項7に記載するよう
に、インバータ101に零電圧ベクトルモードの動作を
行わせることによって可能であり、この零電圧ベクトル
出力時には、インバータ101の各相のスイッチアーム
を、等価的に図2、図3に示すような単一のスイッチア
ームと見なすことができる。このスイッチアーム及びリ
アクトルからなるチョッパの昇圧、降圧動作により、電
動機103の駆動時、制動時に電圧可変形エネルギー貯
蔵素子105と入力コンデンサ102との間で電力の授
受を行うものであるから、車載直流電源106にとって
は充放電の責務が大幅に軽減されることになる。
The above-described step-up chopper operation and step-down chopper operation of the inverter 101 can be performed by causing the inverter 101 to perform an operation in a zero-voltage vector mode. , The switch arm of each phase of the inverter 101 can be equivalently regarded as a single switch arm as shown in FIGS. The step-up / step-down operation of the chopper including the switch arm and the reactor transfers power between the voltage variable energy storage element 105 and the input capacitor 102 during driving and braking of the electric motor 103. For the power supply 106, the duty of charging and discharging is greatly reduced.

【0021】図4は図19と同様に、図2、図3の動作
について、電気自動車の運転モード(加速運転、定速走
行運転、減速運転モード)に対応する(a)車両速度
V、(b)インバータの入力Pi、(c)電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子105の電圧Vcとインバータ入力電
圧Vi、(d)車載直流電源106の出力Psを示してい
る。この図は、請求項12に対応した実施形態を説明す
る図である。図4を見ると、図19と酷似していること
がわかる。すなわち、図1の構成でインバータ101を
チョッパ動作させることにより、図19と同じ機能を持
たせることができる。図4では、電圧可変形エネルギー
貯蔵素子105の電圧は可変となっているが、請求項1
2に示すように、一定でも動作可能である。また、図4
の例ではインバータ入力電圧を一定としているが、請求
項12に示すように可変にしても良い。
FIG. 4 shows, similarly to FIG. 19, the operations shown in FIGS. 2 and 3 corresponding to the operation modes of the electric vehicle (acceleration operation, constant speed operation, deceleration operation mode). b) the input of the inverter P i, (c) the voltage of the voltage-variable energy storage element 105 V c and the inverter input voltage V i, represents the output P s of (d) vehicle DC power source 106. This figure is a view for explaining an embodiment according to claim 12. FIG. 4 shows that it is very similar to FIG. That is, by performing the chopper operation of the inverter 101 in the configuration of FIG. 1, the same function as in FIG. 19 can be provided. In FIG. 4, the voltage of the variable voltage energy storage element 105 is variable.
As shown in FIG. 2, operation is possible even at a constant level. FIG.
In the above example, the inverter input voltage is fixed. However, the inverter input voltage may be variable.

【0022】次に、図5は請求項2、請求項9に記載し
た発明の実施形態を示しており、図1と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。請求項1の発明と異なるの
は、インバータ101の入力コンデンサ102を102
a,102bに二分し、この中間点(インバータ直流入
力電圧の中間点)に電圧可変形エネルギー貯蔵素子10
5の一端を接続した点にある。図6は、この実施形態に
おけるチョッパの動作を図2、図3に対応させて示した
ものである。この実施形態では、二分割した入力コンデ
ンサ102a,102bの中間点に電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子105の一端を接続しているので、図2、図
3の説明でViをVi/2に読み替えれば、図6の動作は
図2、図3の動作と同じとなる。このため、詳細な説明
は省略する。
Next, FIG. 5 shows an embodiment of the invention described in claims 2 and 9, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The difference from the first embodiment is that the input capacitor 102 of the inverter 101 is
a, 102b, and the intermediate point (the intermediate point of the inverter DC input voltage) is connected to the voltage variable energy storage element 10.
5 is connected at one end. FIG. 6 shows the operation of the chopper according to this embodiment in correspondence with FIGS. In this embodiment, since one end of the variable voltage energy storage element 105 is connected to the intermediate point between the input capacitors 102a and 102b divided into two, V i is replaced with V i / 2 in the description of FIGS. Then, the operation in FIG. 6 is the same as the operation in FIGS. Therefore, a detailed description is omitted.

【0023】図7は、請求項3に記載した発明の実施形
態を示す図である。なお、図1、図5と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。図7において、107は半導
体スイッチアームであり、直列接続された2個のトラン
ジスタ107b,107cと、これらに逆並列接続され
たダイオード107d,107eとを有する。そして、
トランジスタ107b,107cの中間点107aと電
圧可変形エネルギー貯蔵素子105の一端とが接続され
ている。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 3. The same components as those in FIGS. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 7, a semiconductor switch arm 107 includes two transistors 107b and 107c connected in series, and diodes 107d and 107e connected in anti-parallel to these transistors. And
An intermediate point 107a between the transistors 107b and 107c and one end of the voltage variable energy storage element 105 are connected.

【0024】図7の動作を、図8を参照して説明する。
この図8も、図2と同じく1相(a相)分について示し
ている。Vm<Vc、Vc<(Vi+Vm)の条件でトラン
ジスタ107bをオンすると、図の破線方向にリアクト
ル電流Ilが流れ、このリアクトル電流Ilは増加して行
く。トランジスタ107bをオフすると、リアクトル電
流Ilは図の一点鎖線のルートに転流する。Vc<(Vi
+Vm)であるため、リアクトル電流Ilは減少して行
く。この実施形態では、スイッチアーム107と電動機
103のa相巻線104a1とによってチョッパが構成
されており、請求項8に記載する如く、インバータ10
1を零電圧ベクトルモードで動作させている間にスイッ
チアーム107をスイッチングすることによって、電圧
可変形エネルギー貯蔵素子105と入力コンデンサ10
2との間でエネルギーの授受が行われる。電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子105、インバータ101、車載直流
電源106間の電力のやりとりも図2、図3と同じであ
るので、説明は省略する。なお、図8と図1では、チョ
ッパ動作可能な電圧条件が異なっている。
The operation of FIG. 7 will be described with reference to FIG.
FIG. 8 also shows one phase (a phase) as in FIG. V m <V c, when turning on the transistor 107b under the condition of V c <(V i + V m), the reactor current I l flows in dashed direction in the figure, the reactor current I l is gradually increased. When turning off the transistor 107 b, the reactor current I l is commutated to the root of one-dot chain line in FIG. V c <(V i
+ V m ), the reactor current Il decreases. In this embodiment, the switch arm 107 and the a-phase winding 104a1 of the electric motor 103 constitute a chopper.
1 is operated in the zero voltage vector mode, thereby switching the switch arm 107, thereby changing the voltage variable energy storage element 105 and the input capacitor 10
Transfer of energy between the two. The exchange of power between the voltage-variable energy storage element 105, the inverter 101, and the vehicle-mounted DC power supply 106 is also the same as in FIGS. Note that the voltage conditions under which the chopper can operate are different between FIG. 8 and FIG.

【0025】次に、図9は請求項4に記載した発明の実
施形態を示すものである。この実施形態は、図1の実施
形態において電圧可変形エネルギー貯蔵素子105の両
端に接続されていた車載直流電源106を、インバータ
101の直流入力側に接続したもので、インバータ10
1のチョッパ動作は図2、図3の場合と同じである。イ
ンバータ101への平均的な電力は車載直流電源106
から供給される。電圧可変形エネルギー貯蔵素子105
と入力コンデンサ102との間の電力の授受は図1の実
施形態と同じであるので、説明を省略する。電圧可変形
エネルギー貯蔵素子105へのエネルギーの注入・放出
を零にするには、インバータ101のチョッパ動作を停
止すればよい。すなわち、インバータ101による零電
圧ベクトルの出力を停止させればよい。チョッパ動作を
停止すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素子105の電
流Icが零になり、入力コンデンサ102との間でのエ
ネルギーの授受がなくなる。インバータ101の所要入
力に対して、電圧可変形エネルギー貯蔵素子105から
の放出電力が下回った時には、その不足分が車載直流電
源106から供給されることになる。
Next, FIG. 9 shows an embodiment of the invention described in claim 4. In this embodiment, the on-board DC power supply 106 connected to both ends of the variable voltage energy storage element 105 in the embodiment of FIG. 1 is connected to the DC input side of the inverter 101.
The chopper operation of No. 1 is the same as in FIGS. The average power to the inverter 101 is
Supplied from Variable voltage energy storage element 105
The transfer of electric power between the power supply and the input capacitor 102 is the same as in the embodiment of FIG. The chopper operation of the inverter 101 may be stopped in order to make the energy injection / release into the variable voltage energy storage element 105 zero. That is, the output of the zero voltage vector by the inverter 101 may be stopped. When stopping the chopper operation, it becomes the current I c of the voltage-variable energy storage element 105 to zero, there is no transfer of energy between the input capacitor 102. When the power output from the variable voltage energy storage element 105 falls below the required input of the inverter 101, the shortage is supplied from the on-board DC power supply 106.

【0026】図10は、請求項5に記載した発明の実施
形態を示すもので、図5の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子105の両端に接続されていた車載直流電源106を
インバータ101の直流入力側に接続したものである。
インバータ101のチョッパ動作、車載直流電源106
からの電力の供給は、図5の実施形態と同じである。
FIG. 10 shows an embodiment of the invention according to claim 5, in which the on-board DC power supply 106 connected to both ends of the variable voltage energy storage element 105 in FIG. Connected to.
Inverter 101 chopper operation, in-vehicle DC power supply 106
The supply of power from is the same as in the embodiment of FIG.

【0027】図11は、請求項6に記載した発明の実施
形態を示すもので、図7の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子105の両端に接続されていた車載直流電源106を
スイッチアーム107の両端に接続したものである。ス
イッチアーム107のチョッパ動作、車載直流電源10
6からの電力の供給等は、図7の実施形態と同じであ
る。
FIG. 11 shows an embodiment of the invention according to claim 6, wherein a vehicle-mounted DC power supply 106 connected to both ends of the variable voltage energy storage element 105 in FIG. Connected. Switch arm 107 chopper operation, vehicle-mounted DC power supply 10
The supply of electric power from 6 is the same as that of the embodiment of FIG.

【0028】図12は、請求項11に記載した発明の実
施形態を示すもので、前述の各実施形態と同じ構成要素
は同じ番号で示してある。一般に、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子はインバータのスイッチング周波数に対応で
きる高周波形の性能には不十分である。すなわち、高周
波インピーダンスが大きいため、インバータのスイッチ
ング周波数で使用すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素
子の端子電圧の上昇や損失が増大する。このため、本実
施形態では高周波電流吸収用のコンデンサを電圧可変形
エネルギー貯蔵素子105に並列に接続することとし
た。図12において、105aが高周波電流吸収用コン
デンサである。
FIG. 12 shows an embodiment of the invention described in claim 11, in which the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals. In general, a variable voltage energy storage element is insufficient for high-frequency performance capable of coping with a switching frequency of an inverter. That is, since the high-frequency impedance is large, when used at the switching frequency of the inverter, the terminal voltage of the voltage variable energy storage element increases and the loss increases. For this reason, in the present embodiment, a capacitor for absorbing high-frequency current is connected in parallel to the voltage variable energy storage element 105. In FIG. 12, reference numeral 105a denotes a high-frequency current absorbing capacitor.

【0029】次に、図13は請求項19に記載した発明
の実施形態を示すもので、クーラー等の補機を補機用電
動機によって駆動するための車両用補助電源108aを
電圧可変形エネルギー貯蔵素子105の両端に接続した
システムであり、主要部の構成は図1の例で示してあ
る。この実施形態は、図5、図7、図9、図10、図1
1、図12の実施形態にも適用可能である。
FIG. 13 shows an embodiment of the invention according to claim 19, in which a vehicle auxiliary power supply 108a for driving an auxiliary machine such as a cooler by an auxiliary motor is connected to a voltage-variable energy storage. This is a system connected to both ends of the element 105, and the configuration of the main part is shown in the example of FIG. This embodiment is described in FIGS. 5, 7, 9, 10, and 1.
1, and can also be applied to the embodiment of FIG.

【0030】図14は、請求項20に記載した発明の実
施形態を示すもので、車両用補助電源108bをインバ
ータ101の入力コンデンサ102の両端に接続したシ
ステムであり、主要部の構成は図1の例で示してある。
この実施形態も、図5、図7、図9、図10、図11、
図12の実施形態に適用可能である。
FIG. 14 shows a twentieth embodiment of the present invention in which a vehicle auxiliary power supply 108b is connected to both ends of an input capacitor 102 of an inverter 101. Is shown in the example.
This embodiment is also similar to FIGS. 5, 7, 9, 10, 11,
It is applicable to the embodiment of FIG.

【0031】図15は、請求項21に記載した発明の実
施形態を示すもので、車両用補助電源108cを車載直
流電源106に接続したシステムであり、主要部の構成
は図1の例で示してある。この実施形態も、図5、図
7、図9、図10、図11、図12の実施形態に適用可
能である。
FIG. 15 shows an embodiment of the invention according to claim 21, which is a system in which a vehicle auxiliary power supply 108c is connected to an on-vehicle DC power supply 106, and the configuration of a main part is shown in the example of FIG. It is. This embodiment is also applicable to the embodiments of FIGS. 5, 7, 9, 10, 11, and 12.

【0032】次に、電圧可変形エネルギー貯蔵素子10
5の電圧Vc、インバータ101の入力電圧Vi、電動機
103の端子電圧(線間、実効値)Vmの関係について
説明する。図1の実施形態では、請求項22に示すよう
に、これらを次式のごとく設定し、インバータ101は
通常のPWM制御を行う。 Vi≧Vc+Vm/√3 Vi−Vm/√3≧Vc≧Vm/√3 また、図5の実施形態では、請求項23に示すように、
これらを次式のごとく設定し、インバータ101は通常
のPWM制御を行う。 Vi/2− Vm/√3≧Vc≧Vm/√3− Vi/2 Vi≧2(Vc+Vm/√3) 更に、図7の実施形態では、請求項24に示すように、
次式のごとく設定し、インバータ101は通常のPWM
制御を行う。 Vi≧Vc+Vm/√3 0≦ Vc≦Vi−Vm/√3 ここで、図7の実施形態においては、請求項25に示す
ように、次式のごとく設定しても良い。この場合、イン
バータ101は通常のPAM制御を行う。 Vi≧Vc+Vm/√3 0≦ Vc≦Vi/3
Next, the voltage variable energy storage element 10
5 voltage V c, the input voltage V i of the inverter 101, the terminal voltage of the motor 103 (between lines, effective value) about the relationship V m will be described. In the embodiment of FIG. 1, these are set as in the following equation, and the inverter 101 performs normal PWM control. The V i ≧ V c + V m / √3 V i -V m / √3 ≧ V c ≧ V m / √3, in the embodiment of FIG. 5, as shown in claim 23,
These are set as in the following equation, and the inverter 101 performs normal PWM control. V i / 2- V m / √3 ≧ V c ≧ V m / √3- V i / 2 V i ≧ 2 (V c + V m / √3) Further, in the embodiment of FIG. 7, in claim 24 As shown,
Inverter 101 is set as a normal PWM
Perform control. V i ≧ V c + V m / √30 0 ≦ V c ≦ V i −V m / √3 Here, in the embodiment of FIG. good. In this case, the inverter 101 performs normal PAM control. V i ≧ V c + V m / √30 0 ≦ V c ≦ V i / 3

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、交流電
動機の巻線の中性点とインバータの直流入力側との間に
キャパシタのような電圧可変形エネルギー貯蔵素子を接
続し、電動機の巻線をリアクトルとして使用すると共
に、インバータによる零電圧ベクトルモードの動作を利
用して、インバータや半導体スイッチアームをチョッパ
として動作させている。そして、上記チョッパ動作によ
り、電気自動車の加速時(駆動時)には主として電圧可
変形エネルギー貯蔵素子のエネルギーを放出し、また、
減速時(制動時)には車体の運動エネルギーを電圧可変
形エネルギー貯蔵素子に吸収するようにしたものであ
る。
As described above, according to the present invention, a voltage variable energy storage element such as a capacitor is connected between the neutral point of the winding of the AC motor and the DC input side of the inverter, and The windings are used as reactors, and the inverters and semiconductor switch arms are operated as choppers using the zero-voltage vector mode operation of the inverters. By the above-mentioned chopper operation, during acceleration (during driving) of the electric vehicle, the energy of the voltage variable energy storage element is mainly released, and
At the time of deceleration (at the time of braking), the kinetic energy of the vehicle body is absorbed by the voltage variable energy storage element.

【0034】このため、 1)従来必要であったチョッパやチョッパ用リアクトル
を省略できる、 2)インバータの直流入力電圧を可変にすることができ
る、等の効果があり、更に、次の大きな効果がある。 3)システム機器の大幅な小形軽量化、低価格化を図る
ことができる。 4)インバータを最適な電圧値で動作させることができ
るので、システム効率が大幅に向上する。 これらにより、電気自動車の普及・発展に大きく貢献す
ることができる。
Therefore, there are effects such as 1) the chopper and the reactor for the chopper conventionally required can be omitted, and 2) the DC input voltage of the inverter can be made variable. is there. 3) It is possible to significantly reduce the size, weight, and cost of the system equipment. 4) Since the inverter can be operated at the optimum voltage value, the system efficiency is greatly improved. These can greatly contribute to the spread and development of electric vehicles.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1記載の発明の実施形態を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 1;

【図2】図1における昇圧チョッパの動作を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the operation of a boost chopper in FIG.

【図3】図1における降圧チョッパの動作を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an operation of a step-down chopper in FIG. 1;

【図4】電気自動車の運転モードに応じた、図1の実施
形態の動作説明図である。
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 1 according to an operation mode of the electric vehicle.

【図5】請求項2、請求項9に記載した発明の実施形態
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claims 2 and 9;

【図6】図5におけるチョッパの動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the operation of the chopper in FIG.

【図7】請求項3に記載した発明の実施形態を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 3;

【図8】図7におけるチョッパの動作を示す図である。8 is a diagram showing the operation of the chopper in FIG.

【図9】請求項4に記載した発明の実施形態を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 4;

【図10】請求項5に記載した発明の実施形態を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 5;

【図11】請求項6に記載した発明の実施形態を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 6;

【図12】請求項11に記載した発明の実施形態を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 11;

【図13】請求項19に記載した発明の実施形態を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 19;

【図14】請求項20に記載した発明の実施形態を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 20;

【図15】請求項21に記載した発明の実施形態を示す
図である。
FIG. 15 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 21;

【図16】電池を電源とする公知の電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an electric system of a known electric vehicle using a battery as a power source.

【図17】シリーズ形ハイブリッド電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an electric system of a series-type hybrid electric vehicle.

【図18】パラレル形ハイブリッド電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing an electric system of a parallel hybrid electric vehicle.

【図19】電気自動車の運転モードに応じた、図16〜
図18のシステムの動作説明図である。
FIGS. 16 to 19 correspond to the driving modes of the electric vehicle.
It is operation | movement explanatory drawing of the system of FIG.

【図20】図16におけるチョッパの構成図である。20 is a configuration diagram of a chopper in FIG.

【図21】三相インバータの主回路構成図である。FIG. 21 is a main circuit configuration diagram of a three-phase inverter.

【図22】本発明の原理を示す電動機駆動回路図であ
る。
FIG. 22 is a motor drive circuit diagram illustrating the principle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 三相電圧形インバータ 101a a相スイッチアーム 101a1,101a2,107b,107c トラン
ジスタ 101a3,101a4,107d,107e ダイオ
ード 102,102a,102b 入力コンデンサ 103 車両駆動用交流電動機 103a 中性点 104,104a1 巻線 104a2 逆起電力 105 電圧可変形エネルギー貯蔵素子 105a 高周波電流吸収用コンデンサ 106 車載直流電源 107 半導体スイッチアーム 107a 中間点 108a,108b,108c 補助電源
101 Three-phase voltage source inverter 101a A-phase switch arm 101a1, 101a2, 107b, 107c Transistor 101a3, 101a4, 107d, 107e Diode 102, 102a, 102b Input capacitor 103 Vehicle driving AC motor 103a Neutral point 104, 104a1 Winding 104a2 Back electromotive force 105 Voltage variable energy storage element 105a High frequency current absorbing capacitor 106 In-vehicle DC power supply 107 Semiconductor switch arm 107a Midpoint 108a, 108b, 108c Auxiliary power supply

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力端子の一端との間に電圧
可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子の両端に車載直流電源を接続したこと
を特徴とする電気自動車の電気システム。
1. An end of a winding of an AC motor is connected to an AC output side of a voltage type inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and collectively connects the other end of the winding of the AC motor. A voltage variable energy storage element is connected between the neutral point and one end of the DC input terminal of the inverter, and a voltage variable energy storage element is connected to both ends of the voltage variable energy storage element. An electric system for an electric vehicle to which an in-vehicle DC power supply is connected.
【請求項2】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力電圧の中間点との間に電
圧可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形
エネルギー貯蔵素子の両端に車載直流電源を接続したこ
とを特徴とする電気自動車の電気システム。
2. One end of a winding of an AC motor is connected to the AC output side of a voltage type inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and the other end of the winding of the AC motor is collectively connected. To form a neutral point of the motor winding, and connect a variable voltage energy storage element between the neutral point and an intermediate point of the DC input voltage of the inverter. An electric system for an electric vehicle, wherein an on-board DC power supply is connected to the electric vehicle.
【請求項3】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成すると共
に、ダイオードが各々逆並列接続された2個の半導体ス
イッチ素子の直列回路からなる半導体スイッチアームを
インバータの直流入力側に接続し、前記中性点と前記半
導体スイッチアームの中間点との間に電圧可変形エネル
ギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の両端に車載直流電源を接続したことを特徴とする
電気自動車の電気システム。
3. One end of a winding of an AC motor is connected to an AC output side of a voltage type inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and collectively connects the other end of the winding of the AC motor. And connecting a semiconductor switch arm composed of a series circuit of two semiconductor switch elements each having a diode connected in anti-parallel to the DC input side of the inverter. An electric system for an electric vehicle, characterized in that a variable voltage energy storage element is connected between the variable voltage energy storage element and an intermediate point of the semiconductor switch arm, and a vehicle-mounted DC power supply is connected to both ends of the variable voltage energy storage element.
【請求項4】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力端子の一端との間に電圧
可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、前記直流入力端子
に車載直流電源を接続したことを特徴とする電気自動車
の電気システム。
4. One end of a winding of an AC motor is connected to an AC output side of a voltage type inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and collectively connects the other ends of the windings of the AC motor. To form a neutral point of the motor winding, connect a voltage variable energy storage element between the neutral point and one end of the DC input terminal of the inverter, and connect a vehicle-mounted DC power supply to the DC input terminal. An electric system for an electric vehicle, comprising:
【請求項5】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力電圧の中間点との間に電
圧可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、インバータの直
流入力端子に車載直流電源を接続したことを特徴とする
電気自動車の電気システム。
5. One end of a winding of an AC motor is connected to the AC output side of a voltage source inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and the other end of the winding of the AC motor is connected collectively. A voltage variable energy storage element is connected between this neutral point and the midpoint of the DC input voltage of the inverter, and the DC power supply is connected to the DC input terminal of the inverter. An electric system for an electric vehicle, wherein the electric system is connected to a vehicle.
【請求項6】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成すると共
に、ダイオードが各々逆並列接続された2個の半導体ス
イッチ素子の直列回路からなる半導体スイッチアームを
前記インバータの直流入力側に接続し、前記中性点と前
記半導体スイッチアームの中間点との間に電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子を接続し、前記半導体スイッチアーム
の両端に車載直流電源を接続したことを特徴とする電気
自動車の電気システム。
6. One end of a winding of an AC motor is connected to an AC output side of a voltage type inverter that receives a DC voltage and outputs a variable AC voltage having a variable frequency, and collectively connects the other end of the winding of the AC motor. And connecting a semiconductor switch arm consisting of a series circuit of two semiconductor switch elements each having a diode connected in anti-parallel to the DC input side of the inverter, A voltage variable energy storage element is connected between a point and an intermediate point of the semiconductor switch arm, and an on-board DC power supply is connected to both ends of the semiconductor switch arm.
【請求項7】 請求項1,2,4,5の何れか1項に記
載の電気自動車の電気システムにおいて、 前記インバータの零電圧ベクトルモードの動作によりイ
ンバータをチョッパ動作させ、前記電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子とインバータの直流入力側との間でインバー
タを介し電力を授受させることを特徴とする電気自動車
の電気システム。
7. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the inverter operates as a chopper by operating the inverter in a zero-voltage vector mode, and the voltage-variable energy is controlled. An electric system for an electric vehicle, wherein electric power is transferred between a storage element and a DC input side of an inverter via an inverter.
【請求項8】 請求項3または6記載の電気自動車の電
気システムにおいて、前記インバータを零電圧ベクトル
モードで動作させながら前記半導体スイッチアームをス
イッチングしてチョッパ動作させ、前記電圧可変形エネ
ルギー貯蔵素子とインバータの直流入力側との間でイン
バータを介し電力を授受させることを特徴とする電気自
動車の電気システム。
8. The electric system for an electric vehicle according to claim 3, wherein the semiconductor switch arm is switched and chopper-operated while operating the inverter in a zero-voltage vector mode, and the voltage-variable energy storage element is connected to the semiconductor switch arm. An electric system for an electric vehicle, wherein electric power is transferred to and from a DC input side of the inverter via the inverter.
【請求項9】 請求項2または5記載の電気自動車の電
気システムにおいて、インバータの直流入力電圧の中間
点を、直列接続された複数の入力コンデンサの接続点と
したことを特徴とする電気自動車の電気システム。
9. The electric system for an electric vehicle according to claim 2, wherein an intermediate point of the DC input voltage of the inverter is a connection point of a plurality of input capacitors connected in series. Electrical system.
【請求項10】 請求項1〜9の何れか1項に記載の電
気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子が電気二重層コンデンサ
または電気化学コンデンサであることを特徴とする電気
自動車の電気システム。
10. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the variable voltage energy storage element is an electric double layer capacitor or an electrochemical capacitor. Electrical system.
【請求項11】 請求項1〜10の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子に並列に高周波電流吸収
用のコンデンサを接続したことを特徴とする電気自動車
の電気システム。
11. An electric vehicle according to claim 1, wherein a high-frequency current absorbing capacitor is connected in parallel with the variable voltage energy storage element. Electrical system.
【請求項12】 請求項1〜11の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子の電圧またはインバータ
の直流入力電圧を一定、または交流電動機の運転状態に
応じて可変としたことを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。
12. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the voltage of the voltage-variable energy storage element or the DC input voltage of the inverter is constant, or depending on the operating state of the AC motor. An electric system for an electric vehicle, characterized by being variable.
【請求項13】 請求項1〜12の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 交流電動機は車両駆動用の電動機であることを特徴とす
る電気自動車の電気システム。
13. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the AC motor is a motor for driving a vehicle.
【請求項14】 請求項1〜12の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 交流電動機は車両用補機駆動用の電動機であることを特
徴とする電気自動車の電気システム。
14. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the AC motor is a motor for driving auxiliary equipment for a vehicle.
【請求項15】 請求項13記載の電気自動車の電気シ
ステムにおいて、 車両加速時には電圧可変形エネルギー貯蔵素子に充電さ
れたエネルギーを放出させて電動機の駆動電力として使
用し、車両減速時には車両の運動エネルギーを電圧可変
形エネルギー貯蔵素子に吸収させて蓄積するようにした
ことを特徴とする電気自動車の電気システム。
15. The electric system for an electric vehicle according to claim 13, wherein the charged energy is released from the voltage variable energy storage element during vehicle acceleration and used as drive power for the motor, and the kinetic energy of the vehicle during vehicle deceleration. The electric system of an electric vehicle is characterized in that the electric energy is absorbed and stored in a variable voltage energy storage element.
【請求項16】 請求項1〜15の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源が化学電池であることを特徴とする電気自
動車の電気システム。
16. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the on-board DC power supply is a chemical battery.
【請求項17】 請求項1〜15の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源がエンジン発電機であることを特徴とする
電気自動車の電気システム。
17. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the on-board DC power supply is an engine generator.
【請求項18】 請求項1〜15の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源が燃料電池であることを特徴とする電気自
動車の電気システム。
18. The electric system for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 15, wherein the on-board DC power supply is a fuel cell.
【請求項19】 請求項1〜18の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力を電圧可変形エネルギー貯蔵素子から
得ることを特徴とする電気自動車の電気システム。
19. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the electric power of the vehicle accessory is obtained from a variable voltage energy storage element. .
【請求項20】 請求項1〜18の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力をインバータの直流入力電圧から得る
ことを特徴とする電気自動車の電気システム。
20. The electric system for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 18, wherein the electric power of the vehicle accessory is obtained from the DC input voltage of the inverter.
【請求項21】 請求項1〜18の何れか1項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力を車載直流電源から得ることを特徴と
する電気自動車の電気システム。
21. The electric system for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 18, wherein electric power for an auxiliary device for a vehicle is obtained from an on-board DC power supply.
【請求項22】 請求項1,4,7〜21の何れか1項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Vi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Vc及び交流電動機の端子電圧(線間)Vm
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Vi≧Vc+Vm/√3 Vi−Vm/√3≧Vc≧Vm/√3
22. The electric system for an electric vehicle according to claim 1, wherein the input voltage V i of the inverter, the voltage V c of the voltage-variable energy storage element, and the voltage of the AC motor. the relationship between the terminal voltage (line-to-line) V m is the electrical system of the electric vehicle, characterized in that the following expression is satisfied. V i ≧ V c + V m / √3 V i -V m / √3 ≧ V c ≧ V m / √3
【請求項23】 請求項2,5,7〜21の何れか1項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Vi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Vc及び交流電動機の端子電圧(線間)Vm
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Vi/2− Vm/√3≧Vc≧Vm/√3− Vi/2 Vi≧2(Vc+Vm/√3)
23. The electric system for an electric vehicle according to claim 2, wherein the input voltage V i of the inverter, the voltage V c of the voltage-variable energy storage element, and the voltage of the AC motor. the relationship between the terminal voltage (line-to-line) V m is the electrical system of the electric vehicle, characterized in that the following expression is satisfied. V i / 2- V m / √3 ≧ V c ≧ V m / √3- V i / 2 V i ≧ 2 (V c + V m / √3)
【請求項24】 請求項3,6,7〜21の何れか1項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Vi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Vc及び交流電動機の端子電圧(線間)Vm
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Vi≧Vc+Vm/√3 0≦ Vc≦Vi−Vm/√3
24. The electric system for an electric vehicle according to claim 3, wherein the input voltage V i of the inverter, the voltage V c of the voltage-variable energy storage element, and the voltage of the AC motor. the relationship between the terminal voltage (line-to-line) V m is the electrical system of the electric vehicle, characterized in that the following expression is satisfied. V i ≧ V c + V m / √3 0 ≦ V c ≦ V i −V m / √3
【請求項25】 請求項3,6,7〜21の何れか1項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Vi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Vc及び交流電動機の端子電圧(線間)Vm
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Vi≧Vc+Vm/√3 0≦ Vc≦Vi/3
25. The electric system for an electric vehicle according to claim 3, wherein the input voltage V i of the inverter, the voltage V c of the voltage-variable energy storage element, and the voltage of the AC motor. the relationship between the terminal voltage (line-to-line) V m is the electrical system of the electric vehicle, characterized in that the following expression is satisfied. V i ≧ V c + V m / √30 0 ≦ V c ≦ V i / 3
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